Reconsiderando la zona de habitabilidad en las estrellas       

Artículo fuente de K. Smith/Astronomy.

Traducción y comentarios: Jesús Guerrero, ALDA.

01 de abril de 2017

Con la prueba de la existencia de agua líquida en los confines del Sistema Solar, está claro que la denominada Zona Habitable en torno a las estrellas no es el único lugar en donde la vida puede existir, pero pueden pasar años antes de que este conocimiento cambie la forma y lugar hacia donde los astrobiólogos buscan exoplanetas habitables.

Si se desea buscar vida en el espacio, la mayoría de los libros de texto de astronomía dicen que la misma se adhiere a la Zona de Habitabilidad Continua, CHZ por sus siglas en inglés, también denominada Zona de Habitabilidad Circumestelar o Zona Habitable. Popularmente también se le denominada “Zona Ricitos de Oro” (en inglés, goldilocks) por el cuento infantil en donde la niña selecciona la sopa ni muy caliente, ni muy fría, sino la adecuada a su paladar. De la misma manera, los científicos definieron la región alrededor de una estrella en donde el rango de temperatura es la adecuada para que exista el agua líquida en la superficie de un planeta.

El problema ahora es que el agua parece estar en todas partes: en las lunas heladas en el Sistema Solar exterior, más allá de la zona habitable demarcada en los libros, y algunos científicos planetarios han sugerido incluso que podrían haber mares líquidos en el Cinturón Kuiper. Gracias a estos descubrimientos, algunos expertos sugieren que podría ser el momento de repensar cómo definimos la Zona Habitable. Pero acaso ¿Eso también no significa que cambiemos la forma en cómo buscamos mundos potencialmente habitables en otros sistemas solares?

Eyecciones de agua salada en la luna Encélado, de Saturno.

Crédito: NASA.

Más allá de la Zona Habitable.

Hasta las últimas décadas, los científicos asumieron que las condiciones para el surgimiento de la vida, comenzando con el agua líquida, sólo podían existir en una vecindad planetaria, exactamente como la nuestra.

“Ha sido un gran cambio, pero se ha realizado de manera gradual; manteniéndose al acecho en las personas” expresó Diana Blaney, del JPL, investigadora principal del Mapeo Espectrométrico de Imágenes de Europa. Este cambio ocurrió en dos partes, alimentadas por los descubrimientos en dos diferentes campos. El primero, de que la vida podía prosperar en lugares más fríos, más oscuros, y más extraños de lo que los biólogos podían imaginar. Y segundo, que las condiciones más básicas para la supervivencia – especialmente la presencia de agua líquida - podían aparecer en lugares inesperados.

La mayor parte del agua líquida que hemos encontrado en el Sistema Solar se oculta bajo las cortezas heladas de lunas que orbitan Júpiter y Saturno; pero antes de que los científicos enviaran a las sondas Voyager, Galileo y Cassini a realizar sus misiones en el Sistema Solar exterior para encontrar océanos subterráneos, hallaron análogos aquí en la Tierra. En 1970, estudios aéreos de radio-eco encontraron las primeras evidencias de lagos escondidos debajo de varios kilómetros de hielo glaciar en la Antártida. Los investigadores han encontrado 379 lagos de este tipo hasta el momento, y una serie de descubrimientos en los últimos años han confirmado la presencia de vida microbiana por debajo de varios de ellos.

Justo antes de la primera misión al Sistema Solar exterior, en 1976 - mientras la sonda Viking 1 buscaba vida en Marte – los botánicos descubrieron bacterias que vivían en la arenisca porosa de las montañas frías, secas y completamente inhóspitas del desierto de Ross de la Antártida. Al año siguiente, en 1977, una expedición de geología marina descubrió chimeneas hidrotermales en la falla de Galápagos, en las profundidades del Océano Pacífico oriental. En las profundidades sin luz del océano, encontraron un próspero ecosistema basado en la quimiosíntesis.

Mirando hacia atrás, es fácil ver ahora cómo los descubrimientos de extremófilos y lagos subglaciales en la Tierra apuntan hacia la idea de que agrestes ambientes inesperados podrían ser habitables.

La nave espacial Voyager se lanzó más tarde, a finales de ese año, hacia el Sistema Solar exterior; Era una misión en donde algunos miembros de la comunidad científica de la época no esperaban mucho de ella, después de todo, las lunas del Sistema Solar exterior estaban muy lejos de los límites de la Zona Habitable.

"Fue realmente la sonda Voyager la que rompió todo este esquema, porque muchos científicos pensaban que la mayor parte del Sistema Solar exterior eran bolas muertas de hielo y roca", expresa el científico planetario Jonathan Lunine de la Universidad de Cornell. De 1979 a 1981, la sonda Voyager envió a casa imágenes de mundos activos y complejos: Io con su violenta superficie volcánica; Titán con su atmósfera espesa y nebulosa; Y Europa con una corteza agrietada que insinuaba los movimientos de marea de un océano debajo.

Una vez que los científicos se dieron cuenta de que las lunas del Sistema Solar exterior eran dinámicas, de forma inesperada mundos complejos, algunos comenzaron a especular que podrían albergar vida, no simplemente calentado por la luz del sol, sino por la fuerza de la marea de un gigante de gas. Mientras tanto, aquí en la Tierra, los descubrimientos continuaron a buen ritmo, alimentando con ideas nuevas a los astrobiólogos sobre dónde podría florecer la vida.

Representación artística de un geiser en luna de Júpiter.

Crédito: Katrina Jackson/Centro Goddard-NASA.

Todos estos mundos son suyos...

La nave espacial Galileo dejó la Tierra en 1989, con destino a Júpiter, en medio de una especulación cada vez más intensa sobre lo que podría encontrar esperando bajo el hielo de la luna Europa. Los sobrevuelos cercanos de la sonda Galileo a las lunas jovianas confirmaron lo que las imágenes de la Voyager habían insinuado: el agua líquida existe bien lejos de los confines de la Zona de Ricitos de Oro, debajo del hielo de las lunas Europa y Ganímedes. Luego, en 2005, la sonda Cassini, en órbita a Saturno, capturó imágenes sorprendentes de plumas acuosas que salían de la superficie sur de Encelado.

Los datos retornados por las sondas Galileo y Cassini, coincidieron con las investigaciones sobre extremófilos aquí en la Tierra, lo que alimentó las discusiones acerca de los rincones inesperados de nuestro Sistema Solar que podrían llegar a ser habitables.

“Creo que en realidad se refuerzan entre sí”, expresa Blaney. “Muchas de las cosas estaban ocurriendo en paralelo. Estabas sentado escuchando una conferencia sobre las evidencias de un océano subterráneo en Europa, y al lado, estaba un conferencista hablando sobre la vida en los valles secos de la Antártida. Creo que ese tipo de comunicación cruzada entre las diferentes comunidades científicas influyó a la gente a pensar que en la luna Europa puede haber vida ahora”.

Ahora los astrobiólogos deben de reconsiderar los límites de habitabilidad de nuevo. A finales de 2016, William McKinnon, un científico planetario de la Universidad de Washington y sus colegas llegaron a la conclusión de que la orientación de la Sputnik Planitia, la cuenca de hielo en forma de corazón en el hemisferio norte de Plutón, sólo podría explicarse por una desigual distribución de masa en la corteza del planeta. Los investigadores afirmaron que esto sólo podría explicarse por la presencia de un océano líquido de agua (en su mayoría) por debajo del hielo. No hay pruebas de que Plutón albergue todavía un lago subglacial, similar a los que existen debajo de hielo de la Antártida, pero la investigación demuestra que es teóricamente posible que los objetos del cinturón de Kuiper puedan mantener el agua líquida.

“Sabemos que existen océanos debajo de las cortezas heladas, generalmente mantenidos por el calentamiento de marea (lunas Europa y Encelado). Lo que hace Plutón es empujar los límites potenciales de las zonas habitables a los helados planetas enanos en el espacio solar profundo", expresó McKinnon.

El “corazón” de Plutón. Una interesante característica de la corteza planetaria.

Crédito: NASA/JHUAPL/SWRI.

Zonas habitables miniatura.

La visión actual entre muchos astrobiólogos es que, debido a que hay muchos entornos en los que el agua líquida - y por lo tanto los ingredientes básicos para la vida - pudieran existir, hay muchas zonas habitables en el Sistema Solar. Ahí está la tradicional Zona Ricitos de Oro, donde la calefacción solar mantiene al planeta a la temperatura adecuada; hay órbitas alrededor de los planetas gigantes de gas, donde el calentamiento de marea podía mantener en estado líquido al agua y ser potencialmente habitable debajo del hielo.

“Los datos obtenidos son mayores que el número de posibles entornos habitables disponibles en nuestro Sistema Solar. No creo que eso sea un golpe de suerte”, expresó Curt Niebur, científico del programa de la NASA para sobrevuelos múltiples a la luna Europa. “Creo que al asomarnos afuera, vamos a encontrar que en la mayoría de los sistemas solares explorados, ya sea en persona o por medio de telescopios, es muy probable que hayan múltiples zonas habitables en cada sistema solar”.

De hecho, hemos encontrado más agua líquida en las lunas heladas en el Sistema Solar exterior que en la zona templada de la zona habitable. Algunos científicos planetarios, incluso, empiezan a hablar de la idea de que los gigantes gaseosos, como Júpiter y Saturno, crear sus propias zonas habitables a través del calentamiento de marea de las lunas heladas como Europa y Encelado. Y si McKinnon y sus colegas tienen la razón sobre lo que hay debajo de la superficie de Plutón en Sputnik Planum, pueden haber incluso pequeñas zonas habitables en los confines helados del Cinturón de Kuiper.

“A veces es alrededor de los planetas gigantes como Júpiter, a veces es en planetas similares a la Tierra, a veces es en el Sistema Solar profundo como en Plutón”, dice Niebur. “Creo que cada uno de esos tres casos es una Zona Habitable, y creo que hay más por ahí que quedan por descubrir”.

Eso significa que no podemos dar a los planetas gigantes de gas el suficiente crédito como anfitriones de mundos potencialmente habitables. Por un lado, parecen ser mucho más comunes - o al menos más fáciles de detectar desde la Tierra - que los planetas rocosos, especialmente los planetas rocosos que pasan a orbitar sólo a la distancia correcta de sus estrellas, lo que significa que las probabilidades están a favor de que un gigante gaseoso se gane la lotería de la bioquímica.

"Creo que es probable que los gigantes gaseosos sean más comunes que los mundos terrestres, por lo que sólo por números, creo que podrían proporcionar directa o indirectamente zonas mucho más habitables, que planetas terrestres", expresa Niebur.

Eso es un concepto que abre los ojos para la astrobiología, pero en la práctica podría ser casi imposible trazar un mapa ordenado de ese tipo de zona habitable. El mapeo de zonas Ricitos de una estrella es bastante sencillo; la temperatura de un planeta depende de su distancia a la estrella, así como la cantidad de calor que produce la estrella. Averiguar la región de potencial habitabilidad alrededor de un gigante de gas, por el contrario, requiere de mucha más información sobre el gigante gaseoso, sus lunas, y la forma cómo interactúan.

Los océanos de Europa, Encelado, y Ganímedes se basan en el calentamiento por marea para mantenerlos líquido, y esas fuerzas de marea no sólo proceden de la atracción gravitatoria de los gigantes de gas, sino también de las interacciones gravitatorias con otras lunas. Por ejemplo, cada vez que Ganímedes orbita Júpiter, Europa hace exactamente dos órbitas, e Io hace exactamente cuatro. Eso significa que los planetas se alinean con regularidad, entre sí dando un tirón gravitacional que se extiende fuera de sus órbitas, haciéndolas más elípticas.

Gracias a la resonancia orbital, los efectos de la marea de la gravedad del planeta son mucho más pronunciadas. En términos simples, eso se debe a la diferencia entre la “marea alta” y “baja”. Esto, a su vez, mantiene los interiores de las lunas en movimiento y cálidos.

Por eso Io es un semillero de actividad volcánica, y es la razón por la que Europa y Ganímedes tienen suficiente calor geotérmico como para mantener el agua líquida tan lejos de la zona de Ricitos de Oro. Alrededor de Saturno, Encelado está en una resonancia orbital similar con su hermana luna Dione, y eso es lo que mantiene a los penachos en erupción de las grietas en la corteza helada de la luna.

Los astrónomos tienen una muy buena comprensión de las dinámicas que hacen mantener activas a algunas lunas de Júpiter y Saturno, pero más allá de nuestro Sistema Solar, no hay manera – todavía - de detectar zonas habitables calentadas por las mareas. Para predecir si una luna podría experimentar suficiente calentamiento de marea para mantener agua líquida en su interior, los astrónomos necesitarían saber cuántas otras lunas estaban orbitando el mismo planeta y si esas órbitas están en resonancia con los demás. 

“La definición más amplia de zonas habitables también incluirá algunas que simplemente no podemos observar con las misiones que estamos anticipando en las próximas décadas”, dice Lunine. “Eso incluye lunas de hielo alrededor de los gigantes gaseosos, que pueden ser portadores de vida, o por lo menos habitables océanos, que no podemos ver todavía”.

Representación artística de 51 Eridani b.

Crédito: Danielle Futselaar/Franck Marchis/Instituto SETI.

Zonas habitables observables.

Es fascinante pensar que un interesante nuevo gigante de gas en un sistema solar como 51 Eridani puede acoger a otra Encelado o Europa, pero con nuestra tecnología actual, aquellas exolunas heladas, potencialmente habitables, siguen siendo invisibles para los astrónomos en la Tierra.

“El problema, por supuesto, es que si realmente tiene algo del tamaño de Encelado o incluso Europa en órbita alrededor de un planeta gigante, alrededor de otra estrella, es muy difícil observarlo” dice Lunine. “Sería un reto muy, muy difícil hacer el tipo de observaciones de una Europa o un Encelado que se requieren para determinar su habitabilidad.”

Por supuesto, que ese tipo de observación es factible para lunas heladas en nuestro Sistema Solar, ya que podemos enviar sondas a volar a través de los penachos de Encelado o tal vez a perforar la superficie de Europa, pero para estudiar objetos en otros sistemas solares, los astrónomos tienen que escudriñar los espectros a través de un telescopio. Así que incluso si puede haber zonas habitables en miniatura en otros sistemas solares, los astrobiólogos desde la Tierra sólo pueden especular.

En su lugar, Lunine dice que en la búsqueda de exoplanetas potencialmente habitables, lo que realmente importa es algo que se llama la Zona Habitable Observable: la zona donde podría existir agua, y en un lugar donde podríamos ver su evidencia a través de un telescopio. Eso significa que un planeta que los telescopios en realidad pueden observar, y significa agua líquida existente de forma estable en la superficie, no oculta debajo de una capa de hielo. En esencia, esto significa la tradicional Zona Ricitos de Oro.

“Las limitaciones actuales de la tecnología significa que vamos a tener que restringirnos a la definición tradicional de la Zona Habitable, pero a medida que mejoremos nuestros métodos de observación, podremos avanzar a un concepto más moderno y preciso de la misma”, expresó Niebur.

En el futuro, esto podría cambiar. Mientras tanto, vale la pena tener en cuenta que la búsqueda de mundos habitables probablemente todavía tenga sorpresas.

Fuente:

http://www.astronomy.com/news/2017/03/rethinking-the-habitable-zone